Condutores E Isolantes

Todos os corpos são constituídos por átomos e estes são formados por partículas com pequenas dimensões que são os nêutrons (não possuem carga), os prótons (partículas de carga positiva) e os elétrons (partículas de carga negativa). Os nêutrons juntamente com os prótons ficam no interior do núcleo, e os elétrons ficam na eletrosfera. Para manter esses elétrons sempre em órbita na eletrosfera, existem forças internas que os seguram, não deixando que os mesmos escapem. No entanto, quanto maior a distância entre a órbita e o núcleo, mais fraca é a força que mantém o elétron preso ao átomo, pois, dessa forma, pode se mover com certa liberdade no interior do material, dando origem aos chamados elétrons livres.

O que determina se um material é condutor ou isolante é justamente a existência dos elétrons livres. São eles os responsáveis pela passagem e transporte da corrente elétrica através dos materiais. São chamados de condutores aqueles materiais onde há possibilidade de trânsito da corrente elétrica através dele como, por exemplo, o ferro. Este é um elemento químico que possui dois elétrons na última camada, os quais estão fracamente ligados ao núcleo. Dessa forma, o ferro se torna um ótimo condutor de eletricidade.

Com os materiais isolantes, também chamados de materiais dielétricos, ocorre o processo inverso. Nesses materiais, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo atômico, ou seja, eles não possuem elétrons livres ou a quantidade é tão pequena que pode ser desprezada. Dessa maneira, não permitem passagem de corrente elétrica. São bons exemplos de materiais isolantes: o vidro, a borracha, a cerâmica e o plástico.

1. Condutor eletrico

Condutores, no contexto da física e da engenharia elétrica, são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. Quando tais materiais são carregados em alguma região pequena, a carga distribui-se prontamente sobre toda a superfície do material.

Nos sólidos que possuem elétrons livres, como os metais, é possível que a carga elétrica seja transportada através deles, por isso dizemos que são condutores de eletricidade. Nesses materiais, o movimento de cargas elétricas é composto por cargas negativas. Materiais como o cobre, o alumínio e a prata são bons condutores.

1.1 Propriedades

Em alguns materiais, como nos metais, o eletrão mais externo em cada átomo é livre de se movimentar pelo material; existe assim uma “nuvem” muito densa de eletrões (eletrões de condução), com densidade constante se o material for homogêneo. Esse tipo de material é designado de condutor. Se o condutor for colocado numa região onde existe campo elétrico, como a nuvem eletrônica tem carga negativa, desloca-se em sentido oposto às linhas de campo. Assim, acumulam-se eletrões num extremo, ficando com excesso de carga negativa, e no extremo oposto aparece uma carga do mesmo valor, mas com sinal positivo (falta de eletrões). Essa acumulação de cargas no condutor cria um campo interno oposto ao campo externo; quando os dois campos se anularem, o movimento da nuvem eletrônica cessará.

Efeito de uma barra com carga sobre uma esfera condutora (esquerda) e uma esfera isoladora (direita).

No lado esquerdo da figura mostra-se o que acontece quando aproximamos uma barra, com carga positiva, a uma esfera condutora isolada. A nuvem eletrônica aproxima-se da barra. Se a barra tivesse carga negativa, a nuvem eletrônica afastava-se dela. Nos dois casos, o resultado é a indução de carga de sinal oposto perto da barra, e carga do mesmo sinal na região mais afastada da barra. A carga total da esfera continua a ser nula. Se a esfera não estivesse sobre um suporte isolador, as cargas do mesmo sinal da barra abandonavam a esfera, passando através do suporte para a terra.

Nos materiais isoladores, os eletrões estão ligados a cada átomo. Quando uma carga externa é colocada perto do material, os eletrões e protões de cada átomo deslocam-se na direção das linhas de campo, mas em sentidos opostos, sem sair do átomo. Assim cada átomo deforma-se criando um pequeno dípolo elétrico; nomeadamente, um sistema com carga total nula, mas com as cargas positivas e negativas separadas por uma pequena distância.

O lado direito da figura mostra a deformação de alguns dos átomos de uma esfera isoladora, quando é aproximada uma barra com carga positiva. Independentemente do sinal da carga da barra, em cada átomo as cargas de sinal oposto as carga da barra estarão mais perto da barra e a as cargas do mesmo sinal estarão mais afastadas; portanto, a força resultante da carga externa sobre cada átomo neutro será sempre atrativa, independentemente do sinal da carga externa. Assim, um material isolador é sempre atraído por um objeto externo com carga, independentemente do sinal dessa carga.

1.2 Resistencia

Quando uma tensão elétrica é aplicada entre duas extremidades de um condutor, uma corrente elétrica é estabelecida, fluindo de uma extremidade até outra. A oposição que o condutor faz à passagem dessa corrente, numa determinada tensão, pode ser caracterizada pela relação:

Onde é o valor da tensão aplicada, medida em Volts e é o valor da corrente fluindo pelo condutor, medida em Ampères. é a resistência elétrica, medida em Ohms

1.2.1 Resistividade

A propriedade elétrica que determina se um material apresenta grande ou baixa resistência à passagem da corrente elétrica é a denominada: resistividade elétrica, típica de cada material e representada pela letra grega ρ. Esta é mensurada através da resistência(R), área de secção transversal(A) e distância entre os pontos de condução(l). A sua fórmula é:

ρ = R*A/l

E sua unidade de medida é o ohm-metro (Ω-m).

1.2.2 Condutividade

Mas para se